周报 | 微生物重要期刊最新研究进展（20210419）

2021-04-21 微生态

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Nature 及其子刊

综述| Nature Reviews Microbiology：研究微生物群落中的水平基因转移

本文由咖啡里的茶编译

康奈尔大学生物医学工程系Ilana Lauren Brito于2021年4月12日在Nature Reviews Microbiology发表题为《Examining horizontal gene transfer in microbial communities》的文章，这篇综述的主要目的是综合各学科取得的进展。许多关于HGT的基本问题在不同的生态环境中都很常见：哪些基因最常被转移？哪些细菌之间？通过什么方式？在什么条件下？有什么障碍？以什么速度？即使是这里描述的最可靠的方法也不能全面捕获微生物群落中的所有HGT。本文概述的方法都面临着提高信噪比和提高灵敏度的挑战。然而除了检测问题之外，没有在群体中观察HGT的其他原因是基因流动的无数天然障碍。其中一些是众所周知的; 例如，限制性内切酶活性、不相容HGT机制、噬菌体吸附特异性和适应性CRISPR介导的免疫。随着微生物组研究在物种水平上更好地理解群落组装，更多的注意力将集中在仍然难以捉摸的基因流动方面。人们将越来越关注HGT，将其视为抗生素耐药性传播的驱动力，并了解提供重要生态服务的细菌群落如何适应不断变化的环境条件。

摘要：细菌通过水平基因转移 (horizontal gene transfer，HGT) 获得新的DNA，这一过程使生物体能够快速适应不断变化的环境条件，提供竞争优势，并可能改变其与宿主的关系。尽管HGT过程通常在实验室中探究，但我们从实验室实验中了解到的情况与我们从自然环境中了解到的情况(如人体肠道微生物群)之间存在惊人的脱节。通过一套全新可用的计算算法和实验方法，我们对正在转移的基因有了更广泛的理解，并开始了解HGT在自然微生物群落中的生态学。本综述主要关注这些新技术、以及它们可以解决的问题和局限性。随着这些方法的应用越来越广泛，我们开始认识到HGT在微生物群和HGT间断动态中可能存在的全部范围，特别是对外部刺激的反应。此外，我们更好地描述了移动基因元件的复杂选择压力以及它们与细菌宿主基因组相互作用的机制。

主题：宏基因组、微生物遗传学、微生物组、合成生物学

原名：Examining horizontal gene transfer in microbial communities

译名：研究微生物群落中的水平基因转移

期刊：Nature Reviews Microbiology

IF：34.209

发表时间：2021.4.12

通讯作者：Ilana Lauren Brito

通讯作者单位：康奈尔大学生物医学工程系

DOI号：10.1038/s41579-021-00534-7

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41579-021-00534-7

科研| Nature Microbiology ：肠道抑制梭状芽孢杆菌通过将神经递质与饮食和人源性脂肪酸结合来构建人GPCR配体

本文由花城编译

麻省理工学院生物工程系合成生物学中心Christopher A. Voigt等人于2021年4月12日在Nature Microbiology发表题为《Gut-inhabiting Clostridia build human GPCR ligands by conjugating neurotransmitters with diet- and human-derived fatty acids》的文章，本研究发现了一类来自梭状芽孢杆菌的基因簇，这些基因簇催化脂肪酸酰胺（FAAs）的形成，相关的FAAs要么是人类内源性FAAs，要么是其结构模拟物。在一项对人类相关细菌基因组的基因簇的调查中，这些基因簇表现突出，因为它们在肠道中普遍存在并高度转录，而且它们的化学产物也没有特征。本文证明了一种机制，即A蛋白将脂肪酸装载到T蛋白上，C蛋白将硫模板脂肪酸与游离胺结合。并且，本文开发了一种体外筛选方法，用于评估一组细菌、人类和饮食中衍生的脂肪酸和胺的结合能力。包括人类信号分子（油酰多巴胺）以及其他FAAs。研究发现月桂酰胺是EBI2-GPCR的拮抗剂，与其天然的氧化甾醇底物7α，25-二羟胆固醇（7α,25-OHC）竞争，其在维持共生微生物和免疫系统之间的内稳态以及控制炎症方面具有中心作用。经证实，月桂酰胺是由直肠真杆菌培养产生的，在人体肠道中高度转录，可以在人体粪便样本中检测到月桂酰胺的存在。这些数据表明梭状芽孢杆菌类NRPS酶利用饮食中常见的外源性底物来产生能够与人类GPCR相互作用的FAAs。

摘要：人体生理是由内源性信号化合物调节的，其中包括脂肪酸酰胺（FAAs），其化学模拟物是由细菌产生的。与人类相关的微生物产生的分子很难鉴定，因为它们可能只在局部生态位中产生，或者它们需要来自宿主、饮食或其他微生物的底物。本文在人类肠道微生物群的宏基因组数据中鉴定了一组未经鉴定的基因簇。这些团簇被发现通过将外源性脂肪酸与胺融合而产生FAAs。通过体外试验，本文测试了它们结合25种脂肪酸和53种已知存在于人体肠道中的胺的能力，由此推断出6种FAA的产生（油酰多巴胺、油酰酪胺、月桂酰胺、油酰氨基戊酸、α-亚油酸基苯乙胺和己基色胺）。将这些分子与人类G-蛋白偶联受体进行筛选，推断出它们可能的人类靶点。月桂色胺被发现是免疫调节受体EBI2的拮抗剂，对抗其天然的氧化甾醇配体（0.98 μM最大抑制浓度的一半），由直肠真杆菌培养产生，存在于人类粪便样本中。梭状芽胞杆菌产生的FAAs可能是通过模仿人类信号分子来调节宿主的一种机制。

原名：Gut-inhabiting Clostridia build human GPCR ligands by conjugating neurotransmitters with diet- and human-derived fatty acids

译名：肠道抑制梭状芽孢杆菌通过将神经递质与饮食和人源性脂肪酸结合来构建人GPCR配体

期刊：Nature Microbiology

IF：15.540

发表时间：2021年4月12日

通讯作者：Christopher A. Voigt

通讯作者单位：麻省理工学院生物工程系合成生物学中心

DOI号：10.1038/s41564-021-00887-y

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41564-021-00887-y

科研| Nature Communications：基于微生物群的标记可预测艰难梭菌感染的发生

本文由R. AUyghurii编译

比利时安特卫普大学疫苗与传染病研究所医学微生物学实验室Surbhi Malhotra-Kumar等人于2021年4月14日在Nature Communications发表题为《Microbiota-based markers predictive of development of Clostridioides difficile infection》的文章，在这项多中心，观察性，前瞻性研究中，作者在抗生素治疗之前对六个欧洲国家/地区的34家医院中50岁及以上的住院患者的肠道菌群进行了调查，目的是通过利用16S rRNA基因谱分析与高分辨率序列分型方法确定可预测CDI和抗生素相关性腹泻（AAD）发生的微生物标志物。此外，针对CDI特异性和AAD特异性微生物群，研究了由不同抗生素引起的纵向紊乱。研究结果显示，发展为CDI的患者在进行抗生素治疗之前表现出显著较低的微生物多样性，并且与非CDI患者相比富集了肠道球菌微生物群，降低了Ruminococcus，Blautia，Prevotella和Bifidobacterium属的丰度。总体而言，本研究的发现将可用于在前瞻性临床试验中具有CDI高风险患者，并开发可预测的基于微生物群的诊断方法来管理具有CDI风险的患者。

摘要：抗生素引起的肠道菌群变化可能导致艰难梭菌感染（CDI），这与全球范围内的高发病率，死亡率和医疗保健费用相关。因此，鉴定可预测CDI的标志物强有助于指导治疗并减轻感染负担。在此，我们通过一项前瞻性，为期90天的队列研究，分析了在抗生素治疗前后及发作腹泻过程中CDI风险增加的住院患者的肠道菌群。我们发现，与非CDI患者相比，发生CDI的患者在进行抗生素治疗之前已经表现出明显较低的多样性，并且富集了显著的肠球菌微生物群，并出现了瘤胃球菌属（Ruminococcus），Blautia属，普鲁沃氏菌属（Prevotella）和双歧杆菌属的丰度的降低。我们发现，抗生素治疗引起的菌群紊乱是纲水平特异的，β-内酰胺进一步增加了肠球菌的丰度。我们的研究结果在独立的预期发展CDI患者队列中得到了验证，可在前瞻性临床试验中用于高危患者，并开发可预测的基于微生物群的诊断方法来管理有CDI风险的患者。

原名：Microbiota-based markers predictive of development of Clostridioides difficile infection

译名：基于微生物群的标记可预测艰难梭菌感染的发生

期刊：Nature Communications

IF：12.121

发表时间：2021.04.14

通讯作者：Surbhi Malhotra-Kumar

通讯作者单位：比利时安特卫普大学疫苗与传染病研究所医学微生物学实验室

DOI号：10.1038/s41467-021-22302-0.

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-22302-0

Trends in Microbiology

科研| Trends in Microbiology：实验系统生物学方法揭示了模型多物种群落中的相互作用机制

本文由艾奥里亚编译

美国国家卫生研究院（National Institutes of Health）的Anupama Khare于2021年04月14日在Trends in Microbiology发表题为《Experimental systems biology approaches reveal interaction mechanisms in model multispecies communities》的文章，并担任通讯作者。微生物之间的相互作用是多物种群落组成动态的主要驱动力，影响着群落如何随着时间的推移而聚集、进化和维持。笔者重点介绍了最近利用实验系统生物学技术在简化的模型微生物群落中研究这些现象的最新研究，同时讨论了这些方法提供的洞察力，并强调了用来描述不太好描述的物种和环境的开拓性策略。此外，笔者还研究了这些方法的结合，再加上使用已定义的突变菌株进行更有针对性的实验，以及生化和酶分析，如何能够对物种间的相互作用进行全面的表征。

摘要：多物种群落中微生物之间的相互作用被认为对群落具有重大影响。因此，确定促成这种相互作用的分子和遗传途径对于理解和调节群落动态至关重要。本综述中，笔者聚焦于最近的研究，这些研究利用实验系统生物学技术在简化模型微生物群落中探究这些相互作用现象。这些不偏不倚的生化和基因组方法已经确定了新的相互作用，并描述了潜在的遗传和分子机制。笔者讨论了这些研究提供的见解，描述了用于调查不太容易驯化的生物体和环境的创新策略，并强调了整合这些和更有针对性的方法来全面描述微生物群落中物种之间相互作用的效用。

关键词：种间的相互作用，实验基因组规模方法，微生物群落

焦点：1、无偏见的实验系统生物学技术可以揭示共存于群落中的微生物物种之间相互作用的机制。

2、转录组学、蛋白质组学和代谢组学测定揭示了对外源物种的不同反应，包括应激反应的诱导、新陈代谢的变化、营养竞争和生物转化。

3、基因组筛选和实验进化已经确定了物种间相互作用和群落适合性的重要遗传决定因素，以及物种在微生物群落中基因重要性的变化。

4、结合不同的方法来研究微生物的相互作用，可以更广泛地理解这种相互作用对微生物物种的生理后果，对这些相互作用至关重要的分子和遗传途径，以及对多物种群落的最终影响。

原名：Experimental systems biology approaches reveal interaction mechanisms in model multispecies communities

译名：实验系统生物学方法揭示了模型多物种群落中的相互作用机制

期刊：Trends in Microbiology

IF：13.546

发表时间：2021.04.14

通讯作者：Anupama Khare

通讯作者单位：美国国家卫生研究院（National Institutes of Health）

DOI号：10.1016/j.tim.2021.03.012

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0966842X21000718

PNAS

科研| PNAS：核黄素的不稳定性是影响蚊子肠道微生物群发育的关键因素

本文由弈轩编译

美国佐治亚州雅典市佐治亚大学昆虫学系的Michael R. Strand等人于2021年4月13日在PNAS发表题为《Riboflavin instability is a key factor underlying the requirement of a gut microbiota for mosquito development》的文章，本研究通过对标准饲养条件下的蚊子幼虫发育水平和其肠道微生物的组成以及核黄素的合成途径，探究其发育与肠道微生物群之间的关系。确定了通过饮食获得的核黄素在蚊子经历的大多数环境条件下都会迅速降解，这使得幼虫必须依靠肠道微生物来获取这种微量营养素；说明了在研究肠道微生物在动物生物学中的作用时，能够控制和操纵饮食营养素、微生物群组成和环境条件的价值。研究结果还表明肠道微生物群对于在水生生物（如蚊子幼虫）中提供某些必需维生素至关重要。

摘要：先前研究发现，用于饲养埃及伊蚊和其他蚊子的几种饲料支持具有肠道微生物群的幼虫的发育，但不支持无菌幼虫的发育。相比之下，已证明喂食其他食物的幼虫会得到发育。为了理解这种二分法背后的机制，我们开发了一种可与微生物群组成和环境条件相协调的限定饮食。最初的研究表明，在标准饲养条件下（27°C，16小时光照：8小时黑暗光照条件），当喂食规定的饲料时，无菌幼虫不能生长，但在黑暗中饲养则可以生长。下游测定法结果表明，核黄素降解为荧光色素是阻止无菌幼虫在标准条件下生长的关键因素，而肠道菌群（如大肠杆菌）通过能够合成核黄素来促进了幼虫的发育。早期的研究结果表明，在标准饲养条件下，常规的和致病性的而非无菌的幼虫表现出中肠缺氧，这与具有基本生长功能的几种途径的激活有关。在这项研究中，黑暗中的无菌幼虫也表现出中肠缺氧和生长信号的激活，但在光照下迅速转移到中肠富氧并停止生长，这表明肠道缺氧不是由于肠道微生物群的有氧呼吸造成的，而是取决于核黄素。在标准条件下，只有常驻微生物才能提供核黄素。总的来说，我们的研究结果表明，在实验室和野外的大多数条件下，核黄素供应是埃及伊蚊幼虫肠道微生物群的一个重要功能。

关键词：昆虫；微生物；呼吸；生长；蜕皮

原名：Riboflavin instability is a key factor underlying the requirement of a gut microbiota for mosquito development

译名：核黄素的不稳定性是影响蚊子肠道微生物群发育的关键因素

期刊：PNAS

IF：9.412

发表时间：2021.4.13

通讯作者：Michael R. Strand

通讯作者单位：美国佐治亚州雅典市佐治亚大学昆虫学系

DOI号：10.1073/pnas.2101080118

原文链接：

https://www.pnas.org/content/118/15/e2101080118

ISME Journal

科研| The ISME Journal：盐类微生物群落的营养补充实验暗示出DNA的利用可作为磷的来源

本文由艾奥里亚编译

美国达特茅斯学院（Dartmouth College）的Zhengshuang Hua等人于2021年04月12日在Frontiers in Microbiology发表题为《Nutrient supplementation experiments with saltern microbial communities implicate utilization of DNA as a source of phosphorus》的文章，Olga Zhaxybayeva担任该研究通讯作者。溶解性胞外DNA在碳 (C)、氮 (N)、磷 (P) 的全球循环中起着重要作用。基于16S rRNA测序以及功能基因测序技术，笔者采集了天然近饱和高盐水并进行过了C、N、P以及DNA改良，在构建的微环境实验中探究了eDNA如何影响高盐环境中微生物群落的生长，并探究了不同盐生古菌和高盐适应细菌对eDNA的利用偏差。通过研究笔者发现，eDNA可以在水体中获得，并且可作为磷源被微生物群落利用。微环境中eDNA的组成随营养物质的变化而变化，并推断这些变化中至少有一部分是由于使用或选择特定分类源的eDNA的能力不同所造成的。

摘要：包括高盐度环境在内的所有环境都含有溶解性胞外DNA（eDNA），这些eDNA都是可通过测定而获得其浓度，同样微生物可以利用这些eDNA作为其自身的营养物质。然而，人们对哪种eDNA成分可以被利用以及群落中哪些类群可以利用eDNA的了解仍知之甚少。本研究中，我们构建了一个包含碳、氮、磷和DNA组合的盐类微生物群落，基于16S rRNA和rpoB基因测序，我们探究了每个微环境处理中的群落响应。我们发现，微生物群落仅将DNA用作磷源，需要提供其他碳源和氮源才能表现出显著的增长。水体中eDNA的分类组成随无机磷的有效性或DNA的供应而变化，这说明eDNA优先从特定的生物来源摄取。其中eDNA是最有利于微生物生长了类群，这表明一些盐生古菌更喜欢来自近亲分类群的eDNA。在不同养分有效性制度下，eDNA的优先消耗和微生物的差异生长与微环境群落的分类组成和多样性的重大变化有关。因此，我们推测盐类微生物群落是由包括eDNA在内的现有资源所驱动的。

原名：Nutrient supplementation experiments with saltern microbial communities implicate utilization of DNA as a source of phosphorus

译名：盐类微生物群落的营养补充实验暗示出DNA的利用可作为磷的来源

期刊：The ISME Journal

IF：9.180

发表时间：2021.04.12

通讯作者：Olga Zhaxybayeva

通讯作者单位：美国达特茅斯学院（Dartmouth College）

DOI号：10.1038/s41396-021-00960-8

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41396-021-00960-8

Gut Microbes

科研| Gut Microbes：肠道微生物群落驱动胆汁淤积诱导的特定肝脏基因表达模式

本文由张凯编译

提契诺大学的Sheida Moghadamrad等人于2021年4月13日在Gut Microbes上发表题为《Intestinal microbiota drives cholestasis-induced specific hepatic gene expression patterns》的文章，本研究通过利用急性胆汁淤积实验模型，研究在基础条件下以及急性胆汁淤积下，不同微生物定植对肝脏基因表达以及血浆中胆汁酸组成的变化。研究人员证明了肠道微生物的完全缺失导致了急性胆汁淤积期间肝损伤严重程度的增加。而无菌小鼠（GF）的肝损伤的增加又与炎症应答的增加以及脂肪和能量代谢损伤有关，而这又导致能量供应不足，从而损害肝脏再生。胆总管结扎（BDL）后观察到的变化提示了微生物诱导的差异可能影响胆汁淤积的过程并调节肝损伤。这些发现揭示了，肠道菌群对宿主健康以及早期急性胆汁淤积的有益的作用，表明肠道菌群的改变可能有助于减轻急性胆汁淤积诱发的肝损伤。

摘要：肠道微生物群落参与调节多种宿主代谢以及免疫过程。因此，任何质量以及数量上的组成变化都容易产生显著的影响，特别是在肠-肝轴上。事实上，最近的研究表明这些变化调节了一系列肝胆疾病的严重程度以及其进展。然而，肠道微生物群落与肝脏疾病发病机制之间联系的机制在很大程度上都是未知的。在这项工作中，与无菌状况相比下，我们研究了不同肠道微生物群落组成可能导致急性肝脏淤积实验模型的不同结果。在无菌小鼠（GF）以及改变的舍德勒菌群小鼠（ASF），急性胆汁淤积通过采用胆总管结扎（BDL）诱导。BDL 实施5天之后，对无菌小鼠以及胆汁淤积小鼠进行肝组织学、基因表达、炎症、脂质代谢以及线粒体功能进行分析。对血浆中不同浓度的胆汁酸通过高效液相色谱-高分辨质谱（UHPLC-HRMS）分析。肠道菌群的缺失与BDL后肝胆汁梗塞的显著恶化相关。我们发现肠道菌群的缺失诱导了脂肪以及氨基酸代谢基因的表达改变。相反，急性胆汁淤积诱导与胞外基质、细胞周期、自噬、丝裂原激活蛋白激酶(MAPK)激活、炎症、脂质代谢以及线粒体功能等通路相关基因表达的改变。在BDL之后，肠道微生物存在的情况下，导管反应、细胞增殖、胶原1的沉积以及自噬增强。而与ASF小鼠相比，GF小鼠更容易发生肝脏炎症，骨桥蛋白以及白介素（IL）1β基因表达的增加以及信号调节激酶/丝裂原激活蛋白激酶 (ERK/MAPK）通路的激活证明了这一点。除此之外，我们发现肠道菌群的存在对BDL之后的线粒体功能以及脂肪酸代谢障碍提供了部分保护。BDL处理的各组中大部分胆汁酸浓度都显著的增加，但根据小鼠卫生状况来说，各组之间却没有显著性差异。综上所述，急性胆汁淤积导致GF小鼠的肝脏损伤要比有限肠道菌定植的小鼠更加严重。这种保护作用与不同的肝脏基因表达谱有关，主要与组织修复、代谢以及免疫功能相关。我们的研究结果表明，微生物诱导的差异可能对胆汁淤积的进程以及肝损伤的调节产生影响，这也为基于肠道微生物群落调节的新疗法提供了背景。

原名：Intestinal microbiota drives cholestasis-induced specific hepatic gene expression patterns

译名：肠道微生物群落驱动胆汁淤积诱导的特定肝脏基因表达模式

期刊：Gut Microbes

IF：7.74

发表时间：2021.04.13

通讯作者：Sheida Moghadamrad

通讯作者单位：提契诺大学

DOI号：10.1080/19490976.2021.1911534

原文链接：

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/19490976.2021.1911534

mSystems

科研| mSystems：抗生素干扰后共生和无共生珊瑚微生物群落恢复的不同模式

本文由沧浪烟客编译

美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋学研究所Amy Apprill等人于2021年4月13日在mSystems发表题为《Differential Patterns of Microbiota Recovery in Symbiotic and Aposymbiotic Corals following Antibiotic Disturbance》的文章，本研究通过共生或无共生珊瑚微生物组应对抗生素干扰的实验设计，通过高通量测序技术对珊瑚这一特殊环境的微生物群落与藻类共生特性进行研究。为微生物生态研究中藻类共生体在微生物恢复和对环境变化的适应能力方面的研究具有重要的借鉴意义。

摘要：微生物之间的关系对珊瑚的健康至关重要，环境干扰后，珊瑚微生物群往往会发生变化。然而，珊瑚-微生物组成的动态和控制珊瑚微生物群组装和对干扰的反应的外部因素在很大程度上仍然是未知的。在这里，我们研究了抗生素诱导的干扰如何影响兼性共生温带珊瑚Astrangia poculata中的珊瑚粘液微生物群，这种微生物群在高 (共生) 或低 (无共生) 密度的内共生甲藻Breviolum psygmophilum中自然发生。我们还探讨了自然和受干扰的A. poculata珊瑚菌落粘液微生物群的差异如何影响细胞外超氧化物水平，细胞外超氧化物是一种活性氧成分，被认为对珊瑚健康既有有益影响，也有有害影响。使用细菌和古细菌的小亚基(SSU) rRNA基因测序方法，我们发现抗生素暴露显著改变了粘液微生物群的组成，但它不影响超氧化物水平，这表明A. poculata中超氧化物的产生不受粘液微生物群的影响。在暴露于环境海水中的抗生素处理的A. poculata中，粘液微生物群在暴露后2周内恢复到其初始状态，六个细菌分类群在这一重组中起着重要作用。共生菌落之间的微生物组成在整个2周恢复期比无共生菌落之间更相似，无共生菌落的微生物群落在抗生素治疗后和恢复期表现出明显更多的个体间差异。这项工作表明，A. poculata粘液微生物群可以迅速重建自身及B. psygmophilum的存在，这可能通过提供营养物质、光合产物或其他信号分子等作用影响这一过程。

重要性：珊瑚是一种动物，其健康通常由共生微藻和其他微生物维持，但它们极易受到与环境相关的干扰。在这里，我们使用了一种已知的干扰物——抗生素，来理解珊瑚粘液微生物群落在受到干扰后是如何重新组装的。我们表明Astrangia poculata微生物群可以从这种干扰中恢复，并且与缺乏共生体的珊瑚相比，具有藻类共生体的个体以更一致的方式重建其微生物群。这项工作的重要性在于，它表明这种珊瑚在受到干扰后可能能够恢复其粘液微生物群，该项工作确定了对珊瑚重装可能很重要的特定微生物，它表明藻类共生体可能在微生物恢复和对环境变化的适应能力方面发挥了以前尚未报道的作用。

关键词：Astrangia poculata、SSU rRNA基因，微生物组，细胞外超氧物

原名：Differential Patterns of Microbiota Recovery in Symbiotic and Aposymbiotic Corals following Antibiotic Disturbance

译名：抗生素干扰后共生和无共生珊瑚微生物群落恢复的不同模式

期刊：mSystems

IF：6.633

发表时间：2021.04.13

通讯作者：Amy Apprill

通讯作者单位：美国马萨诸塞州伍兹霍尔海洋学研究所

DOI号：10.1128/mSystems.01086-20

原文链接：

https://msystems.asm.org/content/6/2/e01086-20

Plant and Soil

科研| Plant Soil：珍珠粟的基因型影响与根系土壤团聚有关的微生物多样性和酶活性

本文由清韵编译

法国蒙彼利埃大学Papa Mamadou Sitor Ndour等人于2021年4月14日在Plant and Soil发表题为《Pearl millet genotype impacts microbial diversity and enzymatic activities in relation to root-adhering soil aggregation》的文章。本研究的目的是在田间试验条件下确定不同珍珍珠栗品系的根鞘大小是否存在差异，其根际微生物活性和多样性是否存在差异，并验证这种差异是否与根鞘大小有关。因此，对珍珠栗的13个品系的根际土壤中微生物生物量、酶活性和微生物群落多样性进行了测定和比较。且假设：（i）不同珍珠栗基因型的根系土壤微生物活性和多样性、化学性质存在显著差异；（ii）微生物和化学特性的差异可能与根鞘大小显著相关。结果表明，微生物和化学参数对植物根鞘大小的共同或者独立作用，具体取决于植物基因型。根鞘大小是应对非生物胁迫的一个很有前途的性状，识别控制这一性状的植物基因型有助于可持续农业，特别是在种植这种禾谷类作物的干旱和半干旱地区。

摘要：目的：植物根系和相关微生物群之间的相互作用影响土壤团聚，保水和植物养分的利用率。因此，选择能够促进参与根系土壤团聚和根鞘形成的微生物种类的植物基因型有助于持续地提高产量。在此，本研究在根系土壤团聚，微生物学和生化特性上测试了珍珠栗基因型的差异。

方法：对181份珍珠栗自交系的根鞘大小进行表型鉴定，筛选出13个对比的基因型，并在田间种植，采集其根系附着土壤（RAS）。分析了微生物生物量、pH值、矿物质氮含量和参与养分循环的6种酶活性，并对细菌和真菌多样性进行了16S rDNA和ITS的测序。

结果：具有较大根鞘的RAS酶活性（几丁质酶、酸性磷酸单酯酶、FDA水解酶和β-葡萄糖苷酶）高于较小根鞘的RAS酶活性。基于Bray-Curtis距离矩阵进行的主坐标分析中，最具对比性根鞘的细菌β多样性显示出明显的分离。一些科水平细菌Gaiellaceae、Sphingomonadaceae和属水平细菌Bradyrhizobium、Mesorhizobium与较大的根鞘表型有关。真菌群落特定的丰富度与根鞘大小呈负相关，Trichoderma属却与根鞘大小呈正相关。

结论：本研究表明，珍珠栗的根鞘大小与土壤养分动态和微生物群落多样性有关。而其他因素也会影响这一性状，所以需要确定它们的相对重要性。

原名：Pearl millet genotype impacts microbial diversity and enzymatic activities in relation to root-adhering soil aggregation

译名：珍珠粟的基因型影响与根系土壤团聚有关的微生物多样性和酶活性

期刊：Plant and Soil

IF：3.299

发表时间：2021.04.14

通讯作者：Papa Mamadou Sitor Ndour

通讯作者单位：法国蒙彼利埃大学

DOI号：10.1007/s11104-021-04917-w

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1007/s11104-021-04917-w

科研| Plant and Soil：不同先锋植物组合具有相似的根际微生物群落

本文由温水编译

广州大学大湾区环境研究院、广州大学环境科学与工程学院—洪义国&王雨课题组于2021年4月14日在Plant and Soil发表题为《Different pioneer plant species have similar rhizosphere microbial communities》的文章。该研究以长江流域白家溪河岸带4种先锋物（百慕大Cynodon dactylon、苍耳Xanthium sibiricum、稗草Echinochloa crusgalli和香附Cyperus rotundus）为对象，通过建立微宇宙实验，利用16S和ITS扩增子测序技术，探索了不同类型先锋物的组合对根际微生物群落的影响。这项研究的目的是确定（1）根际土壤细菌和真菌的群落组成和结构特征，以及（2）细菌和真菌群落的相关功能如何随不同植物组合类型而变化。结果发现，细菌和真菌群落在不同类型先锋物组合的根际土壤中表现出很小的差异，它们通过不同的生理和生态功能共同维持根际系统。本研究对深入理解植物和土壤微生物在生态恢复过程中的互作关系具有重要意义。

摘要：【目的】根际微生物与先锋植物间的相互作用对于生态系统受损后功能的恢复具有重要作用；发挥关键作用的先锋植物类型在生态恢复的初始阶段是有所不同的。但是，不同类型先锋物的组合对于根际微生物群落的影响在目前仍不清楚。【方法】建立微宇宙实验，比较不同类型先锋物组合的影响下，根际细菌和真菌群落的分类与功能特征。【结果】不同类型先锋物组合的影响下，根际土壤细菌或者真菌群落在多样性、群落组成和预测功能等方面都没有显著差异。根际细菌对土壤环境的敏感性高于真菌。与细菌相比，真菌的多样性与先锋植物的某些生物学特征的关联更显著。相似的生物学特征，特别是地上特征(如：总盖度和地上生物量)，与土壤细菌和真菌中的优势类群及其功能更为相关。此外，网络分析表明，盖勒氏菌属（Gaiellales）和灵芝属（Ganoderma）分别是在群落构建中起关键作用的细菌和真菌类群。【结论】同一群落内不同的先锋植物组合具有相似的根际微生物群落特征。植物与土壤微生物之间的相互作用可能与先锋植物的某些生物学特征有关，而不是先锋植物的类型。因此，我们推测，植物的生长和养分吸收过程才是影响土壤微生物群落构建的关键。